汽车车载FlexRay网络总线系统故障诊断与排除

张海松 陈宁

摘要：本文介绍汽车车载FlexRay网络总线的结构原理、特点，分析奥迪车系FlexRay总线故障，总结车载FlexRay网络总线常见的故障类型及故障的诊断方法，对从业人员学习FlexRay网络总线相关故障检测维修提供相应的参考。

Abstract： This article introduces the structural principles and characteristics of the vehicle-mounted FlexRay network bus， analyzes the faults of the Audi vehicle series FlexRay bus， summarizes the common fault types and fault diagnosis methods of the vehicle-mounted FlexRay network bus， and provides the practitioners with learning the FlexRay network bus related fault detection and maintenance The corresponding reference.

关键词：汽车;FlexRay;总线

Key words： bus;FlexRay;automotive

中图分类号：TP393.07                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）23-0173-02

0  引言

随着电子技术的高速发展，汽车车载网络技术实现了各控制单元之间数据协调共享，得到广泛的应用。相比CAN总线，在通信速率、實时性、可靠性、容错性等多方面具有明显优势，目前奥迪、宝马、奔驰等豪华品牌均采用FlexRay车载总线技术。

FlexRay总线集微机、电子、数字和信息等多维技术的融合，具有抽象的逻辑维度，一个网络结构涉及众多控制单元，一个故障可能涉及多个系统故障，且故障比较隐蔽，相关故障一直是汽车诊断维修中的难题。

1  FlexRay网络总线的结构原理

1.1 FlexRay总线的原理

FlexRay总线系统能满足车辆网络系统未来的高要求，特别是更高的数据传输率、抗故障能力和实时性方面的要求。FlexRay总线扩大了应用范围，如行驶动态调节、远程检测、ACC、图像处理远程信息采集以及自适应巡航系统等。FlexRay总线的工作原理类似索道车系统：站点就是FlexRay总线用户，索道上的缆车就是信息帧，游客就是信息。总线用户通过FlexRay总线发送信息的时刻点是精确而固定的[2]，发送的信息抵达接收器的时刻也是准确的。缆车按固定不变的“运行时刻表”运行，无论旅客是否在缆车上，缆车都是在固定运行着。即使某个总线用户没发送任何信息，相应的带宽也会保留，不用给信息排优先等级。“空缆车”在系统里认为是发送器有故障，系统中控制单元总是在发送信息，对新来的信息上会标有所谓的“升级位”。如果没有新信息，重复发送旧信息。

1.2 车载FlexRay总线的特点

①车载FlexRay总线是双绞线，能屏蔽电磁干扰，信号传输可靠，10 Mbit/s的传输速率。②三种传输信号状态：数据“Data 0”、“Idle”、数据“Data 1”。③访问方式：数据传输过程中以时间触发为控制基准。④拓扑结构：采用“有源星型”点对点连接或菊花链星型拓扑结构。⑤没有优先权设定，数据在固定的时间点内发送。⑥车载FlexRay网络总线控制单元能自行检测接收到的数据信息是否准确。⑦FlexRay总线数据信息位数可达到256位字节。

1.3 奥迪A8LFlexRay总线

A8L是奥迪车最早应用FlexRay总线的车型，其它车型应用FlexRay总线系统均是在其基础进行应用的。

在奥迪A8L上FlexRay总线系统中一条FlexRay支路上的“中间控制单元”通过四个芯脚与FlexRay总线连接[1]，两个用来将总线信号“转送”给下一个控制单元，两个用于直接与 FlexRay总线通讯。

在2010款奥迪A8L中，每条支路上最多连接两个控制单元。在主动星型连接器和支路上的“末端控制单元”则终接低电阻内阻较低，“中间控制单元”则终接高电阻内阻较高。“终端控制单元”的终端电阻约94Ω，“中间控制单元”的电阻约 2.6 kΩ，如图1所示。

2  FlexRay总线故障

2.1 FlexRay总线故障分类

①FlexRay总线线路故障，一般是FlexRay总线一条导线断路故障、对地短路故障、对正极短路故障、两条导线彼此之间短路故障和一条导线对某一控制单元断路故障等。②FlexRay网络总线连接插头损坏或断开，具体表现在控制单元连接插头、FlexRay总线相关的线束之间的插头损坏或断开故障。③电源系统故障，具体表现是汽车电源系统提供的电压低于FlexRay总线控制模块正常工作电压[2]，造成控制模块暂时停止工作，导致车载网络系统无法通信。④总线控制模块故障。包括软件和硬件两类故障。软件故障一般为协议或程序出现缺陷或发生冲突，造成总线信息传送出现混乱或无法正常传输信息。硬件故障一般为控制模块的相关部件、接口和集成电路损坏。软件故障一般可以通过软件刷新或升级解决，但硬件故障只能通过替换或部件维修进行排除。

2.2 FlexRay总线网络故障储存故障码

FlexRay总线出现故障，有控制单元无法通讯、FlexRay总线有故障、FlexRay总线初始化失败和FlexRay总线信号故障等故障码储存。

2.3 故障案例

故障现象：一辆奥迪A7L当踩下刹车减速到30km/h左右时，变速箱红灯报警（变数箱故障，注意安全）和四轮驱动系统报警（四轮驱动系统故障，可以继续行驶）一直亮起，并伴随有轻微的耸车，车主停车熄火后重新启动故障消失，仪表报警消失。

故障诊断：车子进厂检修，用诊断仪读取故障：02变速箱电控系统故障“FlexRay 数据总线，损坏（偶发）”、22四轮驱动电子设备故障码“FlexRay数据总线，损坏（偶发）”、44动力转向故障 “FlexRay数据总线，无同步（偶发）”。

引导型故障查询数据总线J533、J500、J492、J217（FlexRay分支2）故障。诊断执行以下步骤：①检查线路，②检查供电，③检查FlexRay分支2变速箱控制单元J217、四轮驱动控制单元J492和转向助力控制单元J500。

查阅FlexRay总线网络拓扑图，如图2所示，目测相关部件和线束未发现明显损坏情况。读取控制单元数据块测量值：蓄电池电压为12.88V、发电机电压为14.2V、FlexRay分支2的J217的电压为12.6V、J492的电压为12.4V、J500的电压为12.4V、J533的电压为12.3V。所测量的电压均在正常范围，控制单元的搭铁均正常。

根据车载网络的FlexRay总线的支路图，测量支路的导线和控制单元的终端电阻，通过测量导线正常，控制单元J217和J492电阻测量值都是2.6千欧左右，线路终端的控制单元J500電阻为94欧左右，均正常，FlexRay总线终端控制端的电压高线为2.4V，低线为2.6V在正常范围内。

由于故障是偶发故障，目前仪表未报警，外出进行试车，故障再次出现，车子进工位检测，诊断仪读取故障码和开始一样，把车子举升起来对四轮驱动控制单元进行检查，发现护板有撞痕，恰好有线束经过，发现线束有挤压痕迹，剥开线束后发现J217与J492之间连接双胶线被撞击变形导致故障。

维修线束后，清除故障代码，试车故障消失，故障清除。

2.4 FlexRay总线故障诊断检测方法

FlexRay总线系统故障，首先，使用车辆诊断仪读取故障码、查看数据流以及读取总线波形进行分析判断。其次，查阅车辆维修手册分析网络拓扑图和控制策略，梳理逻辑关联，最后进行实车测量确定故障原因。常用的测量方法有如下几个：

①测量FlexRay总线终端电阻。查阅维修资料，了解终端电阻器的连接和逻辑关系，进行终端电阻测量，根据测量结果，分析故障原因，查找故障点。②测量FlexRay总线导线电阻。在静态和动态模式下[2]，导线性能差别较大，线路出现变形或插头腐蚀等损坏情况时，在静态模式下阻值可能正常。在动态模式下影响因素可能导致波涌阻抗提高，会出现数据传输问题。因此，总线故障维修时测量导线电阻要动静结合，才能准确的找到故障点。③测量FlexRay总线工作电压。FlexRay总线系统电压在正常情况下FlexRay-H值约为2.6V左右，FlexRay-L值约2.4V左右。测量值为0，说明总线对地短路;测量值为12V，说明总线对电源短路。在测量时某一条支路电压正常，并不能说明其它支路正常，要对所有支路的电压进行测量。④测量FlexRay总线波形。用示波器测量FlexRay系统波形，将实测波形与标准波形比对，判断FlexRay总线系统故障原因及故障点。对于支路上的波形要分别进行测量，某一条支路波形正常，不能说明其它支路正常。

2.5 FlexRay总线线束维修

FlexRay总线是双绞接线，保护层是用于降低外部干扰对导线特性阻抗的影响。可逐段更换，但需要保持双绞线布置方式，剥掉绝缘层的维修部位要采取适当措施防止维修部位受到环境影响。在未绞合的维修部位使用带收缩软管和内用粘接剂的压接器，在剥除护套的电缆上使用防水的绝缘带以防总线传送介质进水，干扰波涌阻抗，从而影响总线系统的效率。

参考文献：

[1]刘春晖，张文.2010年款奥迪A8中的FlexRay总线系统[J].汽车电器，2013（07）：50-52.

[2]景忠玉FlexRay汽车总线浅析（下）[J].汽车维修与保养，2018（06）：84-85.

[3]周贤民.基于FlexRay总线的电动汽车电池监控系统研究[D].东北大学，2015.